¿La entropía favorece la quiralidad?

Las cadenas de aminoácidos forman las proteínas presentes en las formas de vida de la Tierra. Hay dos orientaciones de los aminoácidos: a la derecha y a la izquierda, que son cada una con respecto a la otra como el reflejo en un espejo, del mismo modo que sucede con las manos. Esto se conoce como quiralidad. Para que surja la vida, las proteínas deben contener un sólo tipo quiral de aminoácidos, el "zurdo" o bien el "diestro". Si se mezcla la quiralidad, las propiedades de una proteína cambian de modo drástico. La vida simplemente no podría funcionar con mezclas aleatorias de esa clase. Con la excepción de unas pocas bacterias basadas en aminoácidos dextrógiros, los aminoácidos levógiros son los que dominan en la Tierra.

Muchas moléculas no asociadas con la vida también exhiben quiralidad. Pero cuando los organismos se reproducen, su progenie posee moléculas quirales que tienen la misma quiralidad que las moléculas presentes en sus progenitores. A medida que la vida se expande en un hábitat, aumenta en éste la presencia de moléculas de una quiralidad particular, en detrimento de las otras.

Sin embargo, el origen físico de la quiralidad ha sido tema de debate durante mucho tiempo.

Objetos tales como los triángulos equiláteros (con sus tres lados idénticos) son aquirales, ya que ante un espejo no aparecen invertidos. Un sistema basado en estructuras de esta clase no debería por tanto evolucionar hacia quiralidad alguna. ¿O sí?

Para explorar este intrigante misterio, un grupo de investigadores dirigido por Thomas G. Mason, profesor de química y física en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) recurrió a una técnica de fabricación conocida como litografía, que es la base para la fabricación de chips. Mediante esta técnica, los científicos fabricaron millones de partículas micrométricas con forma de triángulos equiláteros, o sea sin quiralidad alguna.


Mediante microscopía óptica, los investigadores estudiaron entonces sistemas muy densos de estas partículas triangulares litográficas. Para su sorpresa, descubrieron que los triángulos aquirales se organizaban espontáneamente para formar "superestructuras" bitriangulares, cada una de las cuales exhibía una quiralidad particular.

¿Cuál es la causa de este curioso fenómeno? La entropía. El grupo de Mason ha demostrado por primera vez que estructuras quirales pueden originarse a partir de fuerzas físicas entrópicas actuando sobre partículas aquirales uniformes.

"Se nos hace muy extraño", subraya Mason. "Se empieza con componentes aquirales (los triángulos), que experimentan Movimiento Browniano, y se acaba llegando a la formación espontánea de superestructuras que tienen quiralidad. No habría pronosticado esto ni en un millón de años".

En la investigación también han trabajado Kun Zhao y Robijn Bruinsma.